基于tl494的開(kāi)關(guān)功率放大器設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于tl494的開(kāi)關(guān)功率放大器設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用TL494是一種固定頻率脈寬調(diào)制電路，它包含了開(kāi)關(guān)電源控制所需的全部功能，廣泛應(yīng)用于單端正激雙管式、半橋式、全橋式開(kāi)關(guān)電源。TL494有SO-16和PDIP-16兩種封裝形式，以適應(yīng)不同場(chǎng)合的要求。TL494主要特征集成了全部的脈寬調(diào)制電路。片內(nèi)置線性鋸齒波振蕩器，外置振蕩元件僅兩個(gè)（一個(gè)電阻和一個(gè)電容）。內(nèi)置誤差放大器。內(nèi)止5V參考基準(zhǔn)電壓源?？烧{(diào)整死區(qū)時(shí)間。內(nèi)置功率晶體管可提供500mA的驅(qū)動(dòng)能力

隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，電子設(shè)備的種類也越來(lái)越多，電子設(shè)備與人們的工作、生活的關(guān)系日益密切。近年來(lái)，隨著功率電子器件（如IGBT、MOSFET）、PWM技術(shù)及開(kāi)關(guān)電源理論的發(fā)展，新一代的電源開(kāi)始逐步取代傳統(tǒng)的電源電路。該電路具有體積小，控制方便靈活，輸出特性好、紋波小、負(fù)載調(diào)整率高等特點(diǎn)。

開(kāi)關(guān)電源中的功率調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，具有功耗小、效率高、穩(wěn)壓范圍寬、溫升低、體積小等突出優(yōu)點(diǎn)，在通信設(shè)備、數(shù)控裝置、儀器儀表、視頻音響、家用電器等電子電路中得到廣泛應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源的高頻變換電路形式很多，常用的變換電路有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。本論文采用雙端驅(qū)動(dòng)集成電路——TL494輸?shù)腜WM脈沖控制器設(shè)計(jì)小汽車中的音響供電電源，利用MOSFET管作為開(kāi)關(guān)管，可以提高電源變壓器的工作效率，有利于抑制脈沖干擾，同時(shí)還可以減小電源變壓器的體積。

TL494廣泛應(yīng)用于半橋式開(kāi)關(guān)電源，它具有工作頻率和工作電壓高、控制方式多、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。輸出部分在上下兩端各自采用N溝道MOSFET和P溝道MOSFET構(gòu)成獨(dú)特的驅(qū)動(dòng)方式來(lái)驅(qū)動(dòng)，負(fù)載的另一側(cè)連接到半橋方式的電容器，因此具有整體電路簡(jiǎn)單、工作狀態(tài)穩(wěn)定、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，應(yīng)用于工作頻率低于10kHz、功率在15W~50W的工業(yè)用報(bào)警器時(shí)可提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

TL494的主要特性

TL494工作在7V~40V的寬電壓范圍內(nèi)，工作頻率為200kHz，內(nèi)部具有鋸齒波發(fā)生器、PWM發(fā)生器和滯后時(shí)間調(diào)整功能。

基于TL494的開(kāi)關(guān)功率放大器

圖1是基于TL494的開(kāi)關(guān)功率放大器的框圖。電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是占空比調(diào)節(jié)電路、輸入信號(hào)壓縮電路和MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。

占空比調(diào)節(jié)電路

占空比是PWM信號(hào)調(diào)制時(shí)提高電壓利用率的關(guān)鍵。因?yàn)門L494是開(kāi)關(guān)電源用集成芯片，所以在其內(nèi)部把滯后時(shí)間設(shè)定為0.1V電壓。占空比在發(fā)射級(jí)輸出時(shí)約為96%。圖2所示為輸入部分和PWM信號(hào)調(diào)制的部分電路。

在圖2中，當(dāng)C4=1000pF，R4=24k時(shí)，工作頻率約為78kHz。如果沒(méi)有占空比調(diào)節(jié)電路D8、D17、R23，則因?yàn)閮?nèi)部滯后時(shí)間比較器的比較點(diǎn)為0.1V，所以導(dǎo)通時(shí)間約為1.52μs，占空比為D=1.52/13≈12%。因此，PWM時(shí)電壓利用率將下降。如果使用D8、D17、R23，則會(huì)在鋸齒波發(fā)生用的電容器C4的E點(diǎn)產(chǎn)生0.82V的偏置電壓，把鋸齒波的起點(diǎn)從原來(lái)的0V提高到0.82V。因此導(dǎo)通時(shí)間減小到0.64μs，占空比減小到D=0.64/13≈4.9%，可明顯地提高電壓利用率。圖3是無(wú)占空比調(diào)節(jié)電路時(shí)輸出波形，圖4是有占空比調(diào)節(jié)電路時(shí)輸出波形。

輸入信號(hào)壓縮電路

因?yàn)閳?bào)警器的輸入信號(hào)變化范圍較大，所以需要將幅度較大的信號(hào)按一定比例壓縮。在圖2中，R6、R16、D10、D11構(gòu)成輸入信號(hào)壓縮電路，其關(guān)鍵是利用了二極管的輸入特性。圖5示出其輸入特性，其中D10和D11并聯(lián)，可在正負(fù)兩個(gè)方向壓縮信號(hào)。

壓縮比取決于R6、R16的值，其值越大，壓縮比越大。調(diào)整R6、R16的值，設(shè)定壓縮信號(hào)的變化范圍為-0.82V~0.82V，則變化量是1.64V。見(jiàn)圖4，鋸齒波電壓變化范圍是0.82V~3.25V，所以TL494內(nèi)部誤差放大器的輸出信號(hào)變化范圍是2.43V。內(nèi)部誤差放大器的增益取決于R7和R20，調(diào)整其值，當(dāng)壓縮信號(hào)的變化量在1.64V時(shí)，將內(nèi)部誤差放大器的輸出信號(hào)變化范圍設(shè)定為2.43V即可。警報(bào)器大都使用高音揚(yáng)聲器，因此可大幅度降低振幅較大的低音。

MOSFET驅(qū)動(dòng)電路

P溝道MOSFET采用IRF9540，具有工作電壓100V、工作電流18A、VGS電壓5V~15V時(shí)飽和等特性。N溝道MOSFET采用IRF540，具有工作電壓100V、工作電流27A、VGS電壓5V~15V時(shí)飽和等特性。驅(qū)動(dòng)三極管Q3采用NPN型C8050，Q7采用PNP型C8550。這兩種驅(qū)動(dòng)三極管都具有工作電壓30V、工作電流1A、VBE為12V的特性。圖6為MOSFET驅(qū)動(dòng)電路。

圖7所示為MOSFET驅(qū)動(dòng)原理波形。當(dāng)A點(diǎn)的脈沖電壓為低時(shí)，電流通過(guò)穩(wěn)壓二極管D7和三極管Q3的反偏形成VGS電壓，QH導(dǎo)通。當(dāng)A點(diǎn)的脈沖電壓為高時(shí)，電流通過(guò)穩(wěn)壓二極管D9和三極管Q7的反偏形成VGS電壓，QL導(dǎo)通。圖7示出了詳細(xì)的驅(qū)動(dòng)波形，其中脈沖電壓為低時(shí)，其電壓低于VL才能使QH導(dǎo)通，脈沖電壓為高時(shí)，其電壓高于VH才能使QL導(dǎo)通。從VL變化到VH需要一定時(shí)間，這時(shí)會(huì)出現(xiàn)QH和QL同時(shí)截止的狀態(tài)，因此，脈沖變化過(guò)程很安全。

QH和QL的VGS由下式?jīng)Q定：

15》VGS=VC-VD-VBE》5（1）

式中：VGS為MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓;VC為電源電壓;VD為穩(wěn)壓管D7和D9的穩(wěn)壓電壓（一般使用相同的穩(wěn)壓管）;VBE為C8050和C8550的反擊穿電壓。

圖8是實(shí)測(cè)的驅(qū)動(dòng)波形。脈沖電壓從低到高變化過(guò)程中，QH和QL同時(shí)截止的時(shí)間約為100~300ns。

輸出部分工作原理

如圖6所示，輸出部分由QH、QL和L3、C8、C5、C7構(gòu)成。輸出電壓經(jīng)過(guò)L3、C8濾除高頻波后傳送到負(fù)載。一般在輸出端采用一個(gè)電解電容器，但本電路采用C5和C7構(gòu)成半橋方式，然后將其中點(diǎn)連接到負(fù)載。這種連接方式的優(yōu)點(diǎn)是兩個(gè)電容器既為輸出信號(hào)的傳送通路（此時(shí)電容值是兩個(gè)電容的并聯(lián)值），同時(shí)也對(duì)電源具有濾波作用（此時(shí)電容值是兩個(gè)電容的串聯(lián)值），而且把電容器的內(nèi)壓降低一半。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表1所示為輸入電壓為35V、工作頻率為78kHz時(shí)使用不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓二極管時(shí)的靜態(tài)電流。

從表1可以看出，穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值為0V、5V時(shí)VL和VH導(dǎo)通點(diǎn)的距離太近，同時(shí)導(dǎo)通時(shí)間太長(zhǎng)，有較大的靜態(tài)電流，而20V時(shí)雖然電流較小，但MOSFET嚴(yán)重發(fā)熱。從表1可知，工作電壓為35V時(shí)穩(wěn)壓二極管的選取范圍是7.5V~15V。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，把TL494的PWM信號(hào)用于N溝道MOSFET和P溝道MOSFET，構(gòu)成獨(dú)特驅(qū)動(dòng)方式的開(kāi)關(guān)功率放大器克服了兩個(gè)功率MOSFET同時(shí)導(dǎo)通的缺點(diǎn)，具